山西沁河上游河岸植被缓冲带评价与恢复重建研究

王劲修，齐 实，Yaoqi Zhang，王 惠，李林英，王 棣，余晓燕，刘 劲

（1.北京林业大学水土保持学院，北京 100083；2.奥本大学林业和野生动物科学学院，美国 亚拉巴马州；3.山西省林业科学研究院，山西 太原 030012）

河岸带生态系统具有明显的边缘效应，是地球生物圈中最复杂的生态系统之一。河岸带植被对水陆生态系统间的物流、能流、信息流和生物流能发挥廊道、过滤器、和屏障作用功能[1]。河岸带生态系统对增加动植物物种种源、提高生物多样性和生态系统生产力、进行水土污染治理和保护、稳定河岸、调节微气候和美化环境、开展旅游活动均有重要的现实意义和潜在利用价值[2]。

随着社会生产力的迅速发展，人类对自然的影响越来越大，河岸带及其植被也不能幸免，给河岸带的生态状况和人类的生产、生活造成许多危害，如河流防洪能力减弱、水质下降、河岸带生境恶化等。因此，河岸带生态系统恢复与重建的方式方法也成为近年来的研究热点。

相对于河岸带而言，河岸植被缓冲带是管理方面的一个概念[3]。大量的研究与实践表明，利用植物体系构建的河岸植被缓冲带，是截留陆域面源污染物、改善自然河道水质的有效手段。近年来，国外在河岸植被缓冲带结构与功能、规划设计、树种选择及其管理等方面开展了许多研究。同欧美国家相比，目前我国在这方面的研究较少，没有充分认识到该项技术在保护水质、减少养分流失等方面的重要性。本研究选在沁河支流进行河岸植被缓冲带植被现状评价和恢复重建模式研究，建立适合我国不同类型区的植物缓冲带设计和建设技术，保护生物多样性和水质，提高我国在这方面的技术水平，实现人与自然协调发展。

作为河岸带生态恢复的重要组成部分，河岸植被缓冲带综合评价体系的建立，能够为河岸带生态恢复配置模式的构建和管理措施的提出提供科学参考依据。随着河岸带的近乎自然恢复治理逐步成为河流生态系统领域研究的重点，用各种角度和方法体系对河流及河岸带生态系统进行评价的研究也越来越多。尤其是西方国家在这方面的研究起步较早，针对各国的实际情况形成了一系列经过实践检验的各具特色的指标体系和评价方法。比如美国环境保护署（EPA）流域评价与保护部分于1989年提出的快速生物监测协议（RBP）、澳大利亚的维多利亚州制定的通过现状与原始状况比较进行评估的河流状况指数法（ISC）、澳大利亚Brierley于1994年提出的旨在提供不同河段河流特征的基础调查以及河流形态结构控制的河流形态结构框架（GRS）和瑞典岸边与河道环境细则（RCE）等等[4]。目前国内对于河岸带评价的研究也较多[5-10]，但对植被带本身的研究还较少。作为河岸带重建的基础部分，本研究参考国内外有关评价方法，构建适合沁河上游河岸带实际的评价指标体系。

关于河岸缓冲带恢复重建的合理设计国内外都有研究，美国农业部林务局（USDA—FS）早在1991年就制定了“河岸植被缓冲带区划标准”。其中比较关键的两个因素，一是缓冲带宽度的确定，二是缓冲带植物种类的合理选取与群落构建[11]。

一般而言，缓冲带的宽度越宽其净化水质的效果越好。例如Dillaha等研究发现4.6 m的草本缓冲带能够滞留70%～80%的污染物，而宽度达到9.1 m时，滞留效益为84%～91%[12]。但缓冲带也并不一定越宽越好。有研究发现，缓冲带最初的3～6 m的滞留效益最为显著[13]。而由于各种因素的限制，缓冲带的宽度只能控制在一定范围内。因此，为保证缓冲带能够发挥作用，缓冲带的宽度有一个最小值，即“能接受的最小宽度”，是指满足需求的缓冲带宽度中最少花费的那种。缓冲带的宽度由很多因素共同决定，在缓冲带建设中，应根据实际特点，制定不同的、最经济的解决办法。

植被搭配类型不同的缓冲带在污染物滞留效率方面的差异十分显著，因此在植被品种的选择对于缓冲带的构建极为关键。一般考虑选取水土保持效果好、氮磷吸收能力强的常见植物。在污染物去除效果相近的情况下，优先考虑本地物种或已本地化的外来物种，这样有利于提高缓冲带植被与野生动物之间的和谐性，提高缓冲带的生态功能。另外，对本地生态系统影响不明确的外来物种要谨慎种植，尽量排除对本地生态系统有危害的外来入侵物种。

1 研究地区概况

研究选择在山西省沁河的一级支流赤石桥河和紫红河。赤石桥河发源于平遥县东南部五子沟，流域面积为415.63 km2，河长为39 km，河道纵坡14‰，河床糙率为0.024，河床多为砾石和砂，较为稳定。流域内地貌以土石山区、林区为主，也有少量为土山区和丘陵阶地。流域内气候属暖温带大陆性气候，多年平均降雨量为657.7 mm，年平均气温8.6℃，多年平均径流量4 500万m3。紫红河发源于沁源县东北部景凤乡的杨家岭，流域面积为394 km2，河长为50 km，河道纵坡14‰，河床糙率为0.026，河型为顺直型，河床多为砾石和砂，较为稳定。流域内地貌以土石山区，海拔在1 100～1 642 m之间。流域内气候属暖温带大陆性气候，多年平均降雨量为680.7 mm，年平均气温8.6℃，多年平均径流量4 300万m3。

2 研究方法

2.1 河岸带特性调查

按照全面普查和重点调查、已有资料收集和实地勘测相结合的方法调查获取评价指标的数据资料。资料包括河流周边的地图资料（行政区划图、植被分布图、地形地貌图、水利枢纽分布图、气象云图等）以及统计数据资料（水文、气象、自然地理、自然灾害等）。此外，还需对河岸带进行实地调查测量以获得实地数据。调查内容包括：（1）河岸特性调查：岸坡岩土类型、岸坡结构、岸坡坡度、岸坡高度等；（2）河岸植被调查：河岸植物种类、植被密度、植被层次、植被种类丰富度、植被搭配形式、覆盖率、岸边植被间断长度、当地乡土物种覆盖比例等；（3）人类活动调查：河岸周边土地利用类型（林地、农田、居住地等）、河岸周边水土流失情况等。

选定赤石桥河源头和紫红河源头其中一段河岸作为对象，于2007年3月至4月进行河岸带调查。以横断面为调查尺度，在所要调查的河段内以一定的间距随机布置一定数量的横断面，宽度取30～50 m，调查方法主要为取样方法和目测估计法。赤石桥河每2 km、紫红河每3 km作为一个调查断面，最终收集赤石桥河源头的9个断面（1～9号）、紫红河源头的4个断面（1～4号）的调查数据。

2.2 河岸植被缓冲带综合评价原理

在有关河流和河岸带评价的研究中，多指标评价法是其中主要的一种评估方法。多指标评价法的评估原理是，首先根据对河岸带的调查结果，制定能够反映评价目标的水文、生物、化学、物理形态等方面的评估指数，从众多反映河岸带特性的因子中根据一定的原则为每个指数选取适当的指标，为这些指标制定适当的评分标准，然后计算各项指标值的大小，根据评分标准为各项指标打分，将各指标得分进行加权处理后得到每一项指数的分值，再将各项指数得分求和，以累计总分数作为评估依据。本研究采用多指标评价法和层次分析法研究河岸缓冲带的评估问题。

2.3 不同恢复措施下缓冲带恢复重建试验

在沁河上游受损河岸带进行试验，研究不同恢复措施下河岸带植被结构和功能的恢复效果。依植被类型选择三种典型地块于2007年4月进行植被恢复措施，建设灌草搭配的缓冲带，小区尺寸为5 m×10 m，地块类型和试验设计如下：

（1）纯草地块：植被类型主要以多年生草本白草、羊胡子草为主，覆盖率>80%。设2个小区，1号小区补植灌木8株（河柳）、设置1.5 m围栏，防止牲畜及人为进入；2号小区作为空白对照。

（2）乱石滩地块：草本及灌木覆盖率在5%左右，是在沁河流域分布最广，植被最难恢复的地块类型。首先挑出较大的石块，设3个小区，措施分别为覆土15 cm+草皮（白草、羊胡子草）+1.5 m围栏（1号）、覆土15 cm（2号）以及空白对照（3号），草皮移植时进行大量洒水并踩实，保证草皮与土层的接触良好保证草皮成活。

（3）纯灌地块：主要植被为河柳（30%）及白草、羊胡子草、蒿类（10%）。设2个小区，1号小区补植灌木15株（河柳）、设置1.5 m围栏，防止牲畜及人为进入；2号小区作为空白对照。

3 结果与分析

3.1 河岸植被缓冲带综合评价体系

3.1.1 指标体系层次的构建 河岸带生态系统有复杂的结构层次体系。指标体系构建所选取的指标应力求能够从不同侧面反映评价目标的自然性程度。

指标的选择应遵循如下原则：（1）主成分与独立性。河岸带生态系统作为典型的生态过渡区，内部各生态因子的组成结构与层次十分复杂。在选取指标过程中就要考虑到各因子的重要性和对系统行为贡献率的大小，同时兼顾评价体系的实际操作和最终结果的区分度，筛选出数目足够少的、但却能表征该系统本质行为的最主要成分变量。（2）定性与定量结合。尽量将复杂的生态现象简单化并定量化，不能定量化的指标采用征求专家意见定性地确定指标，将两者有机结合起来有利于更好地确定其评价的客观性及准确性。（3）可操作性。结合生态恢复的目标，从众多的生态因子中提取易于比较的，既能客观反映生态系统状况，又便于度量的综合参数。

根据以上原则，从调查中获得的涉及河岸带生态系统的多种特征因子中选定14个指标，并归纳为河岸结构稳定性和植被结构完整性两个指数，运用层次分析法构建河岸植被缓冲带综合评价指标体系层次结构（表1）。

表1 河岸植被缓冲带评价指标体系

3.1.2 评价等级的划分 多指标评价法需要为每个指标设定评估等级和分级标准。根据对评价指标的调查结果将植被结构完整性分为完整、基本完整、次不完整、不完整四个等级，将河岸结构稳定性分为稳定、基本稳定、次不稳定、不稳定四个等级（表2）。将每个指标转化为满分为10分的得分，评价的满分为140分。定义140～112.5分表示河岸带处于“理想状态”，112.5～75分表示“良好状态”，75～37.5分表示“一般状态”，小于37.5分表示“较差状态”。

表2 河岸植被缓冲带评价指标标准

3.1.3 评价结果 结果显示，赤石桥河河岸植被带状况等级为良好状态；紫红河河岸植被带等级状况为一般状态，主要问题是：河流植被带植物种类丰富度较低、植被搭配形式比较单调、植被覆盖度不高。评价结果见表3。

表3 河岸植被带调查结果

3.2 不同恢复措施下缓冲带植被恢复效果

于2007年8月对试验地块植被进行调查，植被带恢复情况见表4。结果表明：

（1）纯草地块：河柳补植后半个月成活，1号小区内植被高度和密度均高于2号小区。

（2）乱石滩地块：1号小区内植被生长状况最佳，表明移植草皮和设置围栏均是较有效的促进植被恢复的措施；而1号和2号小区内植被高度和密度均优于空白对照组，表明单纯覆土也能一定程度提高植被成活率。

表4 不同恢复措施下河岸植被带恢复情况

（3）纯灌地块：河柳补植后半个月成活，1号小区内植被高度和密度明显高于2号小区。

4 讨论与结论

（1）本文参考国内外有关河岸带评价指标体系的研究，在对河岸带现状进行调查的基础上，提出了从植被结构完整性和河岸结构稳定性两方面的14个指标组成的河岸带植被结构和功能评价体系，对山西省沁河的一级支流赤石桥河和紫红河的河岸带植被进行评价。河岸带植被结构和功能评价体系的建立对河岸植被缓冲带的恢复重建设计具有指导意义。限于资料、认识及研究积累不足等方面因素，以及河岸带自身的复杂性与特殊性，本文中提出的评价体系还有待于进一步补充完善。

（2）构建植被缓冲带已成为修复受损河岸带、控制非点源污染的有效手段。典型地块上进行的恢复试验表明，设置围栏、补植草种和当地灌木、覆土等都是有效的恢复河岸带植被结构和功能的恢复管理措施。河岸植被缓冲带规划与重建研究是一个复杂的课题，涉及的因素很多，本文仅作了初步的探讨，还有待进一步深入研究。

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